Электроника со скоростью света

Команда исследователей из Университета Констанца нашла способ переноса электронов в поры быстрее фемтосекундного диапазона, манипулируя ими с помощью света. Это может иметь серьезные последствия для будущего обработки данных и вычислений.

Современные электронные компоненты, которые традиционно основаны на технологии кремниевых полупроводников, могут включаться или выключаться в течение пикосекунд (т.е. 10 ^-12 секунд). Стандартные мобильные телефоны и компьютеры работают на максимальных частотах в несколько гигагерц (1 ГГц = 10 ⁹ Гц), в то время как отдельные транзисторы могут приближаться к одному терагерцу (1 ТГц = 10 ¹² Гц). Дальнейшее увеличение скорости, с которой электронные переключающие устройства могут открываться или закрываться с использованием стандартной технологии, оказалось сложной задачей.

Будущее электроники

• Вопрос об управлении светом и материей
• Сверхбыстрый электронный переключатель

Недавняя серия экспериментов, проведенных в Университете Констанца и опубликованных в недавней публикации в журнале «Nature Physics», демонстрирует, что электроны можно заставить двигаться с субфемтосекундными скоростями, т.е. быстрее, чем 10 ^-15 секунд, манипулируя ими с помощью специально разработанных световых волн.

«Вполне возможно, это отдаленное будущее электроники», - говорит Альфред Лейтенсторфер, профессор сверхбыстрых явлений и фотоники в Университете Констанца (Германия) и соавтор исследования. «Наши эксперименты с одноцикловыми световыми импульсами привели нас в аттосекундный диапазон переноса электронов».

Свет колеблется на частотах, по крайней мере, в тысячу раз превышающих частоты, достигаемые чисто электронными цепями: одна фемтосекунда соответствует 10 ^-15 секунд, что является миллионной частью миллиардной доли секунды. Лейтенсторфер и его команда из Департамента физики и Центра прикладной фотоники (CAP) в Университете Констанца считают, что будущее электроники заключается в интегрированных плазмонных и оптоэлектронных устройствах, которые работают в одноэлектронном режиме на оптических, а не на микроволновых длинах волн. «Однако это очень фундаментальное исследование и на его реализацию могут уйти десятилетия», - предупреждает он.

Вопрос об управлении светом и материей

Задача для международной команды физиков-теоретиков и экспериментаторов из Университета Констанца, Университета Люксембурга, CNRS - Университета Париж-Юг, Центра физики материалов (CFM-CSIC) и Международного физического центра Доностия (DIPC) в Сан-Себастьяне (Испания), была разработка экспериментальной установки для манипуляции сверхкороткими световыми импульсами в фемтосекундных масштабах ниже одного колебательного цикла, с одной стороны, и создать наноструктуры, подходящие для высокоточных измерений и управления электроникой с другой. «К счастью для нас, у нас есть первоклассные объекты прямо здесь, в Констанце», - говорит Лейтенсторфер, чья команда проводила эксперименты. «Центр прикладной фотоники является мировым лидером в области разработки сверхбыстрых лазерных технологий».

Сверхбыстрый электронный переключатель

Экспериментальная установка, разработанная командой Лейтенсторфера и ее координирующим автором Даниэлем Брида, включала наноразмерные золотые антенны, а также сверхбыстрый лазер, способный излучать сто миллионов одноцикловых световых импульсов в секунду для генерации измеряемого тока. Конструкция оптической антенны в виде бабочки учитывала субволновую и субциклическую пространственно-временную концентрацию электрического поля лазерного импульса в зазоре шириной 6 нм (1 нм = 10 ^-9 метров).

В результате весьма нелинейного характера туннелирования электронов металла и ускорения в зазоре оптического поля, исследователи смогли переключать электронные токи со скоростью примерно 600 атосекунд (то есть менее одной фемтосекунды , 1 при = 10 ^-18 секунд). «Этот процесс происходит только во временных масштабах, составляющих менее половины периода колебаний электрического поля светового импульса», - объясняет Лейтенсторфер - наблюдение, которое партнеры проекта в Париже и Сан-Себастьяне смогли подтвердить и детально отобразить с помощью зависящей от времени обработки электронной квантовой структуры, связанной со световым полем.

Исследование открывает совершенно новые возможности для понимания того, как свет взаимодействует с конденсированной средой, позволяя наблюдать квантовые явления в беспрецедентных временных и пространственных масштабах. Опираясь на новый подход к динамике электронов, управляемый на наноразмерном уровне оптическими полями, который дает это исследование, ученые перейдут к исследованию переноса электронов в атомном масштабе времени и длины в еще более сложных твердотельных устройствах с пикометрическими размерами. опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet